Интенсификация процесса контактного осветления высокоцветных вод

• Автор: Обадин, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 05.23.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 200 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИИ
1. Обзор литературы
1.1. Характеристики природных источников водоснабжения
1.2. Органические вещества как основные загрязняющие компоненты поверхностных вод
1.3. Обесцвечивание природных вод с помощью гидролизующихся коагулянтов
1.4. Основные физико-химические закономерности процессов коагуляции и гетерокоагуляции
1.5. Коагулянты и свойства продуктов гидролиза
1.6. Теоретические основы фильтрования малоконцентрированных суспензий
1.7. Интенсификация контактного осветления природных вод с помощью реагентной обработки
2. Экспериментальная часть
2.1. Объекты исследования и характеристика реагентов, используемых в работе
2.2. Методики проведения экспериментов по определению технологических параметров процесса контактного осветления
2.3. Закономерности процессов контактною осветления и обесцвечивания природных вод, обработанных коагулянтами различной основности
2.3.1. Влияние основности солей алюминия на параметры фильтрования
2.3.2. Отличия в процессах обесцвечивания высокоосновными и средними солями алюминия
2.3.3. Влияние физико-химических свойств природных вод на эффективность выделения органических веществ коагулянтами различной основности
2.4. Влияние флокулянтов на изменение параметров фильтрования
при контактном осветлении поверхностных вод
2.5. Влияние модифицированных природных алюмосиликатов на параметры фильтрования при контактном осветлении поверхностных вод
2.6. Закономерности процесса контактного осветления при комбинированном использовании реагентов
3. Технологическая часть
Выводы
Список литературы
Приложения № 1 - 2

Актуальность проблемы. Фильтрация через зернистый слой при иодютовке воды для питьевого водоснабжения повсеместно используется как в качестве завершающего этапа очистки, так и в качестве самосюязельною метода (контактное осветление). Эксплуатация фильтровальных сооружений является дорогостоящим и сложным процессом, в связи с чем оптимизация работы фильтров и контактных осветлителей не теряет своей значимости.
Одним из наиболее распространенных способов повышения эффективности процесса контактного осветления является применение различных коагулянтов и флокулянтов. Однако, несмотря на большую номенклатуру этих реагентов, с их помощью не всегда гарантируется успешное проведение процесса.
В соответствии с рекомендациями СНиП 2.04.02-84 применение контактного осветления для очистки маломутных цветных вод эффективно при цветности исходной воды, не превышающей 120° по шкале цветности. Однако, уже при очистке воды, обладающей цветностью более 70 - 80 1радусов, грязевая нагрузка на контактные осветлители возрастает настолько, что продолжительность фильтроциклов становится недопустимо малой (менее 8 часов), и, как следствие, резко снижаются технико-экономические показатели процесса очистки. При этом не всегда достигается требуемое качество очистки воды по таким показателям, как окисляемость, мутность, остаточное содержание алюминия, железа. Особенно это характерно для периодов весеннего половодья и летней межени, в течение которых происходит значительное повышение концентрации зафязияющих веществ в воде.
Масштабы применения методов реагентной обработки увеличиваются, быстро растет ассортимент коагулянтов и флокулянтов, однако сведения об их влиянии на процессы контактного осветления малочисленны и противоречивы, а физико-химические закономерности эгих процессов изучены недостаточно. В настоящее время вопросы совершенствования технологических процессов очистки маломутных цветных вод особенно актуальны.

Основная цель работы. Целыо данного исследования явилось оценка влияния широкого спектра новых реагентов (коагулянтов, флокулянгов, а также коллоидных модифицированных алюмосиликатов) на параметры контактною осветления; разработка методов реагентной обработки маломутных цветных вод, обеспечивающих высокое качество получаемой питьевой воды и повышающих производительность контактных осветлителей.
Объекты и методы исследования. Объектами исследования являлись полученные в ходе работы алюминий содержащие коагулянты различной основности и анионного состава, модифицированный природный монтмориллонит с регули-руемыми сорбционными и флоккулирующими свойствами, а также ряд синтетических флокулянтов, применяемых в практике водоподготовки. Лабораторные испытания проводились на природных водах Верх-Исетского водохранилища, реки Чусовой. При проведении исследований использовали физикохимические методы: фотоэлектроколориметрию, нефелометрию, методы аналитической химии. В работе использовался метод многофакторного планируемого эксперимента, в рамках которого проводилась статистическая обработка данных на ПВЭМ в программе «STATISTICA for windows г 6».
Задачи исследования.
1. Выявить закономерности процессов контактного осветления поверхностных вод при использовании солей алюминия различной основности.
2. Изучить влияние флокулянтов и алюмосиликатных гидрозолей на свойства коагулированной взвеси и эффективность ее выделения методом контактного осветления.
3. Определить принципы выбора реагентов для повышения качества очистки воды и удлинения фильтроциклов.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- установлено влияние основности солей алюминия на параметры фильтрования и структурно-механические свойства осадка, накапливаемого в норовом пространстве фильтрующей загрузки;

ЛС = -(С3-С,) = -—Дх (1.15)

где: градиент концентрации, выраженный частной производной, гак как

зависит от двух переменных: расстояния от начала фильтрующей загрузки х и от продолжительности фильтрования г. При постоянной скорости фильтрования V количество вещества, задерживаемое элементарным слоем равно:
лд = УАС = -—Ах. (1.16)

Количество отложений накапливаемых в слое фильтрующей загрузки описывается уравнением:
АУ = ^ (1.17)

где: р - плотность насыщения загрузки осадком; г - время фильтрования. Приравнивая уравнение (1.16) и (1.17) получается уравнение баланса веществ
^ = -К—. (1.18)
дт дх
В это уравнение входят две переменные, поэтому используют другое выражение, описывающее изменение концентрации частиц в фильтрате за счет прилипания (дС/) и за счет отрыва (дСу.
дС = дС,-дС2 (1.19)
Уменьшение концентрации частиц за счет прилипания прямо пропорционально средней концентрации частиц в элементарном слое дх.
дС/= Ь • С ах (1.20)
где: Ь параметр фильтрования характеризующий величину адгезии и аутогеэии. Увеличение концентрации за счет отрыва прямо пропорционально количеству накопившегося в слое осадка и обратно пропорционально скорости:
АС = яру (1.21)
где а параметр фильтрования, характеризующий величину гидродинамических сил отрыва частиц. Подставляя в уравнение (1.15) дС из уравнения (1.19) с уче-